مراحل استخراج زغال سنگ و کاربرد در صنایع فولاد و حمل ونقل و...

زغال سنگ یکی از مهم‌ترین سوخت‌های فسیلی تجدیدناپذیر است که کاربردهای بسیار زیادی دارد. جالب است بدانید که 40 درصد برق دنیا از زغال سنگ تولید می‌شود. به این ترتیب نمی‌توان از اهمیت این ماده در تولید برق و بسیاری از صنایع دیگر به سادگی عبور کرد. مراحل استخراج زغال سنگ به چه شکل است؟ آیا زغال سنگ‌ها انواع مختلفی دارند؟ استفاده از زغال سنگ چه تاثیراتی روی محیط زیست و سلامت انسان‌ها دارد؟ در این مطلب به طور جامع این موارد را بررسی خواهیم کرد.

درباره زغال سنگ

برای آشنایی با مراحل استخراج زغال سنگ، بد نیست اطلاعاتی در مورد این ماده داشته باشید. زغال سنگ نوعی سوخت فسیلی است که از گیاهان باستانی که میلیون‌ها سال پیش مرده‌اند، ایجاد می‌شود. بیشترین استفاده از زغال سنگ در طول انقلاب صنعتی قرن 18 اتفاق افتاد. زغال سنگ در طول چند قرن گذشته، یکی از مهم‌ترین منابع انرژی جهان بوده است.

زغال سنگ از نظر ظاهری تیره یا قهوه‌ای رنگ است و از ترکیب هیدروژن و کربن تشکیل می‌شود. این ماده یکی از مهم‌ترین سوخت‌های تجدیدناپذیر است؛ چرا که تولید آنها میلیون‌ها سال طول می‌کشد. استفاده از زغال سنگ در سالیان اخیر به دلیل افزایش نگرانی از آلودگی هوا و انتشار گازهای گلخانه‌ای، کمتر از گذشته شده است. امروزه انرژی‌های تجدیدپذیر، جایگزین زغال سنگ و سایر انرژی‌های تجدیدناپذیر شده‌اند.

زغال سنگ چه کاربردی دارد؟

زغال سنگ کاربردهای بسیار زیادی دارد. بسیاری از فعالیت‌ها بدون وجود زغال سنگ، عملا غیرفعال خواهند شد. برخی از مهم‌ترین کاربردهای زغال سنگ به شرح زیر هستند:

• تولید فولاد: انرژی لازم برای فرایند ذوب کردن فولاد، از زغال سنگ به دست می‌آید.
• تولید برق: یکی از مهم‌ترین فعالیت‌هایی که با زغال سنگ انجام می‌شود، صنعت تولید برق است.
• حمل و نقل: شاید ذهنیتی که اکثر ما از کاربرد زغال سنگ داریم، استفاده از آن در سوخت کشتی‌های بخار و قطارهاست.
• پخت و پز: از گذشته زغال سنگ را به عنوان ماده اصلی برای گرمایش و پخت و پز استفاده می‌کردند. این کاربرد به خصوص در مناطق روستایی رایج بود.
• تصفیه آب: همانطور که اشاره کردیم در ترکیب زغال سنگ، کربن وجود دارد. از کربن برای سیستم‌های تصفیه آب استفاده می‌شود.
• فعالیت‌های پزشکی: از کربن موجود در زغال سنگ، برای درمان مسمومیت استفاده می‌کنند. همچنین این ماده در تصفیه هوا هم کاربرد دارد.
• فرایندهای صنعتی: در بسیاری از فعالیت‌های صنعتی مثل تولید سیمان، مواد شیمیایی و کاغذ از زغال سنگ به عنوان منبع اصلی سوخت استفاده می‌شود.
• کشاورزی: برای محافظت از محصولات کشاورزی در برابر انواع آفات به آفت‌کش نیاز دارید. از زغال سنگ برای تولید آفت‌کش و کود شیمیایی استفاده می‌شود.

آشنایی با مراحل تشکیل زغال سنگ

قبل از پرداختن به مراحل استخراج زغال سنگ، بد نیست نگاهی به مراحل تشکیل این ماده داشته باشیم. این ماده در دو مرحله تصفیه و زهکشی تشکیل می‌شود. همانطور که در ابتدا اشاره کردیم، منشا پیدایش زغال سنگ، بوته‌ها، بقایای درختان و انواع گیاهان است. به هر حال تشکیل زغال سنگ مراحلی دارد که باید با آنها آشنا شوید.     

1. تورب یا پیت

اولین مرحله دگرگونی و تغییر بقایای گیاهان به زغال سنگ است. در این مرحله بقایای گیاهان متراکم هستند و به شکل ناقص شروع به تجزیه می‌کنند. در این حالت نمی‌توان ماده به وجود آمده را زغال سنگ نامید.

2. لیگنت

در مرحله دوم، رنگ زغال سنگ اولیه به صورت قهوه‌ای است. این ماده پایین‌ترین درجه خلوص ممکن زغال سنگ را دارد. به همین دلیل آسیب زیادی به محیط زیست می‌رساند. البته نوع شپک آن قیمت نسبتا بالایی دارد.

3. زغال شبه – بیتومینه

نوعی زغال سنگ بین لیگنت و بیتومینه است. معمولا از این نوع زغال برای تولید جریان الکتریسیته استفاده می‌کنند.

4. زغال سنگ بیتومینه

در این مرحله از تشکیل زغال سنگ با ماده‌ای تیره با نوارهای روشن مواجه هستیم. زغال سنگ بیتومینه بسیار چگال است و از تقطیر آن کک به وجود می‌آید. کک ماده‌ای است با کربن بسیار بالا که از آن برای تولید برق هم استفاده می‌شود.

5. آنتراسیت

نوع اصلی این ماده است که در مراحل استخراج زغال سنگ هم با آن مواجه خواهید شد. آنتراسیت بسیار سخت بوده و رنگ سیاهی دارد. آنتراسیت بالاترین درجه خلوص را دارد و بسیار براق است. از سوزاندن این زغال سنگ، شعله آبی رنگ حاصل می‌شود.

آشنایی با روش‌های استخراج زغال سنگ

احتمالا ویدئوها یا عکس‌های مربوط به فعالیت‌های معدنچیان را دیده باشید. این شغل یکی از سخت‌ترین مشاغل موجود روی کره زمین است. بسیاری از ذخایر زغال سنگ، نزدیک سطح زمین قرار دارند. با این حال برخی دیگر در اعماق زمین هستند و به استخراج نیاز دارند. برای استخراج زغال سنگ، روش‌های زیادی وجود دارد که استفاده از آنها به مسائل زمین‌شناسی منطقه هم بستگی دارد. در مجموع سه روش استخراج وجود دارد که در ادامه به بررسی آنها می‌پردازیم.

1. استخراج زغال سنگ به روش زیرسطحی

خود روش زیرسطحی به دو صورت انجام می‌شود؛ شیوه اتاق ستون و جبهه کار طولانی. در روش اتاق ستون از شبکه‌ای در شکاف معدن و ستون‌های زغال سنگ استفاده می‌کنند. هدف از انجام این روش، جلوگیری از ریزش سقف اتاق‌هاست.

در روش جبهه کار طولانی هم برش مکانیکی ایجاد می‌شود. هدف از انجام این کار، استخراج کامل و راحت زغال سنگ از شکاف معدن است. برای اجرای مطلوب هر دو روش به بررسی‌های زمین‌شناسی دقیق نیاز دارید.

2. استخراج زغال سنگ به روش سطحی

از این روش در مراحل استخراج زغال سنگ برای مواقعی استفاده می‌شود که شکاف معدن در نزدیکی سطح زمین قرار داشته باشد. برای استفاده از این روش به کامیون بزرگ و بیل مکانیکی نیاز دارید. استفاده از استخراج سطحی از نظر اقتصادی بسیار به‌صرفه‌تر است. همچنین بازدهی بسیار بیشتری نسبت به روش زیرسطحی دارد. استخراج به روش سطحی، باعث به دست آوردن بیش از 90 درصد زغال سنگ‌های موجود می‌شود.

3. استخراج زغال سنگ به روش برداشتن قله کوه

یکی دیگر از روش‌های مراحل استخراج زغال سنگ است که شامل برداشتن قله کوه با هدف دسترسی به ذخایر زغال سنگ انجام می‌شود. این روش با توجه به آسیب‌هایی که برای محیط زیست دارد، خیلی مورد توجه قرار نمی‌گیرد.

انواع زغال سنگ کدامند؟

بعد از آشنایی با روش‌ها و مراحل استخراج زغال سنگ، نوبت به شناخت انواع این سوخت فسیلی تجدیدناپذیر می‌رسد. با وجود خطرناک بودن استخراج انواع زغال سنگ، استفاده از این ماده همچنان بالاست؛ به طوری که در ایالات متحده آمریکا، تقریبا نیمی از برق تولیدی را زغال سنگ تامین می‌کند. زغال سنگ‌ها انواع مختلفی دارند که مهم‌ترین آنها را بررسی می‌کنیم.

1. زغال سنگ قیری

این نوع زغال سنگ‌ها یکی از فراوان‌ترین زغال سنگ‌های جهان هستند. به طوری که چیزی در حدود 50 درصد تولید زغال سنگ در سال 2021 را تشکیل می‌دهند. زغال سنگ قیری شامل 45 تا 86 درصد کربن است.

2. زغال سنگ زیرقیری

یکی دیگر از انواع زغال سنگ‌هاست که حاوی 35 تا 45 درصد کربن است. ارزش گرمایشی زغال سنگ زیرقیری نسبت به قیری بسیار کمتر است. به هر حال استفاده از زغال سنگ زیرقیری هم رواج دارد.

بررسی مهم‌ترین تاثیرات زغال سنگ

استفاده از این سوخت فسیلی تجدیدناپذیر، تاثیرات مثبت و منفی زیادی دارد. این ماده طبیعی نسبت به نفت و گاز، دسترسی ساده‌تری دارد و تقریبا در همه مناطق جغرافیایی یافت می‌شود. با وجود فواید و کاربردهای زیادی که زغال سنگ دارد، اما نمی‌توان از تاثیرات منفی آن هم به سادگی چشم‌پوشی کرد.

تحقیقات نشان می‌دهند که استفاده گسترده از زغال سنگ، تاثیرات منفی زیادی روی سلامتی انسان‌ها دارد. مراحل استخراج زغال سنگ و استعمال آن، باعث افزایش آلودگی هوا و حتی آب می‌شود. به این ترتیب تاثیرات منفی روی سلامتی انسان خواهد داشت. از طرف دیگر انتشار دود زغال سنگ در هوا، احتمال ابتلا به بیماری‌هایی، مثل سرطان ریه، حملات قلبی، مسمومیت و ... را افزایش می‌دهد.

استفاده از زغال سنگ، تاثیرات منفی زیادی روی محیط زیست هم دارد. اغلب نیروگاه‌ها و معادن زغال سنگ، برای انجام فعالیت‌های خود، زغال سنگ می‌سوزانند و آب زیادی هم مصرف می‌کنند. همین مسئله تاثیر منفی روی برخی مناطق کم‌آب می‌گذارد.

چه معیارهایی برای تشخیص کیفیت زغال سنگ وجود دارد؟

به هر حال بعد از مراحل استخراج زغال سنگ، باید کیفیت ماده به دست آمده مورد سنجش قرار بگیرد. متخصصین این حوزه زغال سنگ‌ها را بر اساس خواص فیزیکی و شیمیایی، رتبه‌بندی می‌کنند. این رتبه‌بندی با درجه تبدیل گیاهان به کربن تعیین می‌شود که معیارهای آن عبارتند از:

• اعماق دفن
• انواع پوشش گیاهی منشا زغال سنگ
• زمان مورد نیاز برای تشکیل زغال سنگ
• دما و فشار اعماق

کلام پایانی

در این مطلب به بررسی روش‌ها و مراحل استخراج زغال سنگ پرداختیم. زغال سنگ یکی از مهم‌ترین سوخت‌های فسیلی تجدیدناپذیر است. استفاده از این ماده در قرن 17 و 18 میلادی رونق گرفت. امروزه بسیاری از صنایع، حمل و نقل، فعالیت‌های کشاورزی و ... از زغال سنگ استفاده می‌کنند. زغال سنگ‌ها به 3 روش سطحی، زیرسطحی و برداشتن قله کوه استخراج می‌شوند. همچنین این ماده تجدیدناپذیر انواع مختلفی دارد که هر کدام از ویژگی‌های خاصی برخوردارند.